[发明专利]一种光控基底热膨胀实现双向原子开关的方法

说明书

光控基底热膨胀实现原子开关，涉及分子电子学、纳米材料、化学等诸多领域，利用外加光使得基片上绝缘胶热膨胀，带动金属结两端电极的拉伸和压缩，实现光不接触式调控金属结电导值，通过改变光强和光照位置，金属结电导值变化幅度和方向也随之改变，实现了双向原子开关。解决了以往原子开关不易集成的不足，且实现过程耗能低、噪声小，有利于以后存储器和可编程开关等的集成应用。

技术领域

本发明应用于双向原子级开关的制备，尤其是利用激光来实现，涉及分子电子学、纳米材料、化学等诸多领域。

背景技术

随着信息时代的快速发展，对电子元器件的微型化、集成化要求迫切，分子电子学因此发展迅猛，其中开关元器件一直深受关注。相对于分子开关来说，原子开关(只有电极，没有分子)更稳定，重复性更高，且尺寸更小，能耗更低，更有潜力应用于存储器和可编程开关等。迄今为止，实现原子开关的方法有多种，比如，利用电场或者光场控制金属粒子在两端电极表面的氧化还原反应，促使金属桥在电极两端的形成与断裂，或是利用外加光场实现等离子体加热，使得两端电极热膨胀实现原子开关等。

机械可控纳米裂结(Mechanically Controllable Break Junction，MCBJ)技术多用于形成和研究原子、分子电学特性，该设备稳定性好，装置简单，易操作，且具有很高的重复性。

聚酰亚胺材料具有高绝缘性能、优良的机械性能和耐高温性能，可在制备金属结时涂覆在弹簧钢片上作为绝缘层，形成基底。

本发明利用机械可控纳米裂结技术制备金属结原子级别电导值，再利用外加激光控制基底热膨胀实现金属结的原子开关，实现了亚埃米级精度的静态低噪声控制，且可以通过改变激光照射位置，实现双向的原子级别开关。

发明内容

本发明提供一种光控基底热膨胀实现双向原子开关的方法，且激光不接触金属结即可实现原子级别的开关调控，另外，控制过程精度高、低能耗、低噪声，制备工艺简单，易于集成。

本发明所采用的实验方案是：一种利用光控基底热膨胀实现原子开关的方法，包括He-Ne激光器，快门，偏振片，会聚透镜，基片，机械可控裂结装置，XYZ三维平移台，半导体设备分析仪。其中基片组成是：一根中间带有刻痕的金线，由两个固定黑胶固定在涂覆一层聚酰亚胺绝缘胶的弹簧钢片上。

上述利用光控基底热膨胀实现原子开关的方法，所述快门置于He-Ne激光器出光口后，将连续光变成周期光；两个偏振片、会聚透镜在光路传播的方向依次放置，其中第一偏振片和第二偏振片整体可调节入射光的强度，会聚透镜将光会聚照射在基片上；基片放置在机械可控纳米裂结装置上，机械可控纳米裂结装置可以对金属结进行拉伸和压缩，整体置于会聚透镜下面；半导体设备分析仪在金属结两端加偏压，测其电学信号。

上述利用光控基底热膨胀实现原子开关的方法，实验原理是，激光照射在基片上，绝缘胶产生热膨胀，带动两个固定黑胶运动，当照射在相对于金属结两个固定黑胶的不同位置时，固定黑胶的运动方向和大小都会不同，因此对固定在绝缘胶上面的金属结产生拉伸或者压缩的作用，以此实现双向原子开关效果。

本发明的技术优点是：该方法采用光控基底热膨胀来实现原子开关，可以远程控制，不接触式操控原子结的开与关，实现了亚埃级精度的静态低噪声调控。而且在实验过程中，对于基底材料和电极材料的使用有多样性，外加光的强度和电极两端偏压都极小，实现了低能耗。当原子结中间连接处切割或者光刻的足够细时，基片不需要通过机械可控纳米裂结装置拉伸，即可利用激光实现对金属结的原子级开关调控，有利于以后的集成化。另外，该方法通过改变光强大小和光照位置，调制原子结电导值的变化幅度以及变化方向，实现原子结的双向开关。

附图说明

为了使本发明的目的和技术方案更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述：

图1为光控原子开关示意图。